JP7382301B2 - センサ素子及びセンサ装置 - Google Patents
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Description
図1は、本開示のセンサ素子10の概略斜視図である。
図2は、センサ装置20の概略構成を示す機能ブロック図である。
被検流体に含まれる検出対象成分の測定原理について説明する。検出対象成分の濃度を測定するには、主に、検出対象成分の濃度を算出するステップと、濃度算出のための数式を生成するステップがある。
Y1=(A1×XA)+(B1×XB)+Z1(定数項)
Y2=(A2×XA)+(B2×XB)+Z2(定数項)…式1
XA=α×Y1+β×Y2+γ…式2
以下、発明者が行ったシミュレーションについて説明する。
発明者は、まず、第1のシミュレーションを行なった。第1のシミュレーションでは、2つのチャネルを有するセンサ装置20を想定して、第1チャネル及び第2チャネルの選択性について検証した。
第1のシミュレーションでは、第1チャネルの検出対象成分とノイズ成分との選択性の比を、x対1に設定し、xの値を1から30の範囲で変化させた。第2チャネルの検出対象成分とノイズ成分との選択性の比を、1対yに設定し、yの値を1から30の範囲で変化させた。
第1のシミュレーションでは、被検流体中に含まれている微量の検出対象成分を測定することを想定し、被検流体中の各成分の濃度を設定した。具体的には、検出対象成分の濃度を0.1ppm以上10ppm以下の範囲で変化させた。ノイズ成分の濃度は、中心値を100ppmとする一様分布(50%~150%の範囲)に基づいた乱数を設定した。
図4及び図5は、第1のシミュレーションの結果を示す図である。図4は、測定誤差を1%とした場合のシミュレーション結果を示す。図5は、測定誤差を5%とした場合のシミュレーション結果を示す。図4及び図5において、縦軸はyの値、横軸はxの値を示す。図4及び図5は、濃度算出誤差を、1%ごとに異なるハッチングで示す。ただし、図4では、濃度算出誤差が7%以上の領域については、ハッチングを省略している。同様に、図5では、濃度算出誤差が15%以上の領域については、ハッチングを省略している。測定誤差は、上記の数値を中心値とした正規分布に基づいた乱数としている。
次に、発明者は、第2のシミュレーションを行なった。第2のシミュレーションでは、第1チャネルの選択性を固定した場合の第2チャネルの選択性について検証した。
第2のシミュレーションでは、第1チャネルの検出対象成分とノイズ成分との選択性の比を10対1に固定した。第2チャネルの検出対象成分とノイズ成分との選択性の比をz対wに設定し、z及びwの値をそれぞれ1から30の範囲で変化させた。
第2のシミュレーションでは、第1のシミュレーションと同様に、検出対象成分の濃度及びノイズ成分の濃度を設定した。
図6及び図7は、第2のシミュレーションの結果を示す図である。図6は、測定誤差を1%とした場合のシミュレーション結果を示す。図7は、測定誤差を5%とした場合のシミュレーション結果を示す。図6及び図7において、縦軸はwの値、横軸はzの値を示す。図6及び図7は、濃度算出誤差を、1%ごとに異なるハッチングで示す。ただし、図6では、濃度算出誤差が15%以上の領域については、ハッチングを省略している。同様に、図7では、濃度算出誤差が25%以上の領域については、ハッチングを省略している。測定誤差は、上記の数値を中心値とした正規分布に基づいた乱数としている。
次に、発明者は、第3のシミュレーションを行なった。第3のシミュレーションでは、より現実的な測定を想定し、チャネルの数量および各チャネルの選択性について検証した。
第3のシミュレーションでは、第1、2のシミュレーションの結果を参考に、第1チャネルが、検出対象成分に対して、最も高い選択性を示すように設定した。図9に示す例では、第1チャネルのアセトンに対する選択性は30に設定されている。第2チャネル以降のいずれかのチャネルは、検出対象成分に対してノイズ成分の選択性が高くなるように設定した。図9に示す例では、第2チャネルのアセトンに対する選択性を3.11に設定し、ノイズ成分の選択性をそれ以上に設定している。
第3のシミュレーションでは、上記の通り人間の呼気の測定を想定し、検出対象成分の濃度を0.1ppm以上10ppm以下の範囲で変化させた。ノイズ成分についても、上記の通り、複数種類のノイズ成分を想定した。各ノイズ成分の濃度は、図8に示す数値を中心値とする一様分布(50%~150%の範囲)に基づいた乱数を設定した。
図10から図12は、第3のシミュレーションの結果を示す図である。図10は、第1信号選択性を10、測定誤差を1%とした場合のシミュレーション結果を示す。図11は、第1信号選択性を15、測定誤差を3%とした場合のシミュレーション結果を示す。図12は、第1信号選択性を20、測定誤差を5%とした場合のシミュレーション結果を示す。図10から図12において、縦軸はシミュレーションにおける重回帰分析による濃度算出誤差を、横軸はチャネル数を示す。図10から図12は、選択性の範囲を0-1に設定した項目ごとに結果を示す。測定誤差は、上記の数値を中心値とした正規分布に基づいた乱数としている。
11 基板
12 反応部
13 検出部
20 センサ装置
21 制御部
22 記憶部
Claims (8)
- 基板と、前記基板上に配され、特定の成分を吸着することによって変形する材料で形成される複数の反応部と、を備え、
前記複数の反応部は、第1反応部と、前記第1反応部よりも検体中の検出対象成分に対する反応性が低い第2反応部と、を有し、
前記第1反応部の前記検出対象成分に対する反応性は、検体中の前記検出対象成分以外のノイズ成分に対する反応性よりも高く、当該第1反応部のビッグノイズ成分に対する反応性は、前記ビッグノイズ成分よりも含有濃度の低いスモールノイズ成分に対する反応性よりも低く、
前記第1反応部のビッグノイズ成分に対する反応性は、前記第2反応部のビッグノイズ成分及びスモールノイズ成分に対する反応性よりも低く、
前記検出対象成分はアセトンであり、前記ビッグノイズ成分は酸素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれか一以上であり、前記スモールノイズ成分は、水素、イソプレン、エタノール、メタノール、及びアセトアルデヒドのいずれか一以上である、
センサ素子。 - 前記第1反応部の前記ビッグノイズ成分に対する反応性は、前記複数の反応部のうち、前記第1反応部と異なる他の反応部の反応性よりも低い、請求項1に記載のセンサ素子。
- 前記基板および前記複数の反応部は、変形可能である、請求項1又は2に記載のセンサ素子。
- 前記ビッグノイズ成分は酸素、二酸化炭素及び水蒸気であり、前記スモールノイズ成分は、水素、イソプレン、エタノール、メタノール、及びアセトアルデヒドである、請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 基板と、前記基板上に配され、特定の成分を吸着することによって変形する材料で形成される複数の反応部と、を備えるセンサ素子と、
前記複数の反応部の反応に応じて前記センサ素子から出力される信号に基づいて、検体中の成分に関する値を算出する制御部と、
を備え、
前記複数の反応部は、第1反応部と、前記第1反応部よりも検出対象成分に対する反応性が低い第2反応部と、を有し、
前記第1反応部の前記検出対象成分に対する反応性は、検体中の前記検出対象成分以外のノイズ成分に対する反応性よりも高く、当該第1反応部のビッグノイズ成分に対する反応性は、前記ビッグノイズ成分よりも含有濃度の低いスモールノイズ成分に対する反応性よりも低く、
前記第1反応部のビッグノイズ成分に対する反応性は、前記第2反応部のビッグノイズ成分及びスモールノイズ成分に対する反応性よりも低く、
前記検出対象成分がアセトンであり、前記ビッグノイズ成分は酸素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれか一以上であり、前記スモールノイズ成分は、水素、イソプレン、エタノール、メタノール、及びアセトアルデヒドのいずれか一以上である、センサ装置。 - 前記制御部は、前記センサ素子からの出力を用いて重回帰分析を行なう、請求項5に記載のセンサ装置。
- 前記制御部の制御手順を規定したプログラムを格納した記憶部をさらに備えている、請求項5または6に記載のセンサ装置。
- 前記センサ素子は、人体または食品から発生するガスの成分の検出用として用いる、請求項5から7のいずれか一項に記載のセンサ装置。
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